混合纤维增强全轻混凝土早龄期抗裂性试验研究.pdf

第 3 7卷第 9期 2 0 1 1 年9月 水 力 发 电 “ 舢 皿扯龇 jI L S 混 合 纤 维 增 强 全 轻 混 凝 土 早 龄 期 抗 裂 ，陛 试 验 研 究 潘丽云 ，袁 浩 ，赵顺波 ( 华北水利水 电学院 生态建 筑材料河南省高校重点实验 室培育基地 ，河 南 郑J ,l1 4 5 0 0 1 1 ) 摘要 ：试 验研 究了掺加聚丙烯纤维对钢纤维全 轻混凝 土早龄期抗裂性能的影响 。根据力学性 能试验结果 ，选取 钢 纤维体积率为 1 0 ，并按照强度 等级 L C 3 5 、轻骨料密 度 8 0 0级进行全轻混 凝土配合 比的设计 聚丙烯纤维 掺量在 0 3 1 5 k g m 范围 内选取 5个水平 。结果表 明，聚丙烯纤维与钢纤维混掺具有提高全轻 混凝 土早 龄期 抗裂性的作用 ， 早龄期抗裂性随着聚丙烯纤维掺量 的增 加而提高 ，在掺量为 0 9 k g m 时效果最 佳 ，裂缝降低系数达到 7 1 4 ( 相对 于未掺 聚丙烯纤维时 ) 关键词 ：纤维混凝土 ；全轻混凝土 ；混合纤维 ；钢纤维 ；聚丙烯纤维 ；抗裂性 ；早龄期 Ex p e r i me n t a l S t u d y o n Ea r l y - a g e Cr a c k i n g r e s i s t a n c e o f Hy b d F i b e r Re i n f o r c e d Fu l l - l i g h t we i g h t Co n c r e t e P a n L i y u n ， Yu a n Ha o ， Z h a o S h u n b o ( C u l t i v a t i n g B a s e f o r U n i v e r s i t y K e y L a b o r a t o r y o f E c o - h i g h - p e r f o r ma n c e E n g i n e e r i n g Ma t e r i a l s i n H e n a n P r o v i n c e ， N o r t h C h i n a U n i v e r s i t y o f Wa t e r C o n s e r v a n c y a n d E l e c t r i c P o w e r ， Z h e n g z h o u 4 5 0 0 1 1 ， He n a n ， C h i n a ) Ab s t r a c t ： T h e e x p e r i me n t s a r e c o n d u c t e d t o s t u d y t h e a f f e c t s o n e a r l y a g e c r a c k i n g r e s i s t a n c e o f s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d f u l l - l i g h t we i g h t c o n c r e t e a f t e r mi x i n g wi t h p o l y p r o p y l e n e fi b e r Ba s e d o n f o r me r s t u d y o f me c h a n i c a l p r o p e r t i e s ，t h e v o l u me f r a c t i o n o f s t e e l fi b e r i s t a k e n a s 1 0 a n d t h e p r o p o r t i o n o f c o n c r e t e i s d e s i g n e d a c c o r d i n g t o L C 3 5 s t r e n g t h g r a d e a n d C l a s s 8 0 0 l i g h t w e i g h t a g g r e g a t e fi v e ma s s c o n t e n t s o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r a r e s e l e c t e d i n r a n g e o f 0 3 0 k g m t o 1 5 k g m。 T h e r e s u l t s s h o w t h a t ：( a)t h e e a r l y a g e c r a c k i n g r e s i s t a n c e o f f u l l l i g h t we i g h t c o n c r e t e r e i n f o r c e d b y p o l y p r o p y l e n e fi b e r a n d s t e e l fi b e r wi l l b e i mp r o v e d a n d r a i s e d wi t h t h e i n c r e a s e o f p o l y p r o p y l e n e fi b e r c o n t e n t ；( b ) t h e i mp r o v e me n t wi l l r e a c h t h e o p t i mu m i n ma s s c o n t e n t o f 0 9 k g m wi t h a 7 1 4 c r a c k r e d u c i n g c o e ffi c i e n t r e l a t i v e t o t h a t o f s t e e l fi b e r r e i n f o r c e d f u l l l i g h t we i g h t c o n c r e t e w i t h o u t p o l y p r o p y l e n e f i b e r Ke y W o r d s ：fi b e r r e i n f o r c e d c o n c r e t e ；f u l l l i g h t w e i g h t c o n c r e t e ；h y b r i d fi b e r ,s t e e l fi b e r ；p o l y p r o p y l e n e fi b e r, c r a c k i n g r e s i s t a n c e ； e a r l y a g e 中图分类号 ： T U 5 2 8 2 文献标识码 ： A 文奄编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 1 ) 0 9 0 0 9 5 0 3 0 引言 结 构 轻 骨 料 混 凝 土 因具 有 高 强 、轻 质 、保 温 、 隔热 和 抗震 、抗 裂 、耐 久 性 能好 等 优 点 ，越 来 越 多 地 被 应 用 于桥 梁 、高 层 建 筑 等工 程 中。但 是 ，轻 骨 料 混 凝 土应 用 于桥 面 铺装 层 、楼 面 等 大 面积 结 构 部 件 时 ，其施 工 过 程 中的 收缩 裂 缝 控 制成 为 十分 重 要 的研 究课 题 。本 文 在全 轻 混 凝 土 、钢 纤维 增 强 全 轻 混 凝 土 基 本 力 学 性 能 和 耐 久 性 能 研 究 的 基 础 上 l 1 _ 5 进 一 步 开 展 了 全 轻 混 凝 土 早 龄 期 抗 裂 性 能 试 验 研 究 ， 以便 为工程 应用 提供 参考 。 收稿 日期 ：2 0 1 1 - 0 4 2 7 基金项 目：郑州市科技领军人才项 目( 0 9 6 S Y J H 2 3 1 0 5 ) 作者简介 ：潘丽云( 1 9 6 7 一) ，女 ，安徽安庆人 ，副教授 ，主要从 事建筑材料与结构研究 W a t e r P o w e r V o 1 3 7 N o 9 园 1 试验概况 1 1 原材 料及 配合 比 试 验 采用 强 度 等 级 为 4 2 5的 普 通 硅 酸 盐 水 泥 、 轻 砂 和膨 胀 页岩 陶 粒 等 材料 ，其 性 能 见表 1 3，拌 和 用 水 采 用 自来 水 ，添 加 UNF 一 5型 高 效 减 水 剂 。 钢 纤 维为带 端头 平直 剪切 型 ，矩形 断 面等效 直径 为 0 6 mm，平 均 长度 3 0 mm。 聚丙 烯 纤 维 为束 状 单 丝 型 ， 长 1 9 mm，密 度 0 9 1 m ，抗 拉 强 度 不 低 于 3 0 0 MP a。弹性 模量 为 3 7 9 3 MP a 。 表 1 水泥的物理力学性能 粒级， 细度 表观密度， 堆积密度， 1 h吸 含泥 m m 模数 k g m 。 k g n l 水率， 量， 粒级 表观密度 堆 积密度， 压碎指筒压强 1 h吸 含泥 l l l m k g i n 。 k g m 标， 度 MP a 水率， 量 5 2 O l 6 8 0 8 1 4 5 8 0 8 5 5 0 0 5 6 根 据 前 期 的 力 学 性 能 研 究 结 果 ， 本 试 验 按 照 全 轻 混 凝 土 强 度 等 级 为 L C 3 5和轻 骨 料 密 度 8 0 0级 确 定 配 合 比( 见 表 4)， 高 效 减 水 剂 按 水 泥 质 量 的 0 7 5 j n E 1 。聚 丙烯 纤维 掺 量在 0 3 1 5 k g m 范 同 内选 取 5个 水 平 ，钢纤 维体 积 率为 1 O 其他 材 料 用 量 均 保 持 不 变 。 表 4混凝土早期抗裂性试验配合 比 水灰水泥，粗骨料，细骨料，减水 钢纤维体 比 k g m k g m k g m N 积率 聚丙烯纤 维 k g m 0 3 5 5 0 0 7 0 86 5 8 58 07 5 1 0 0， 0 3， 0 6， 0 9， 1 2， 1 5 1 2试 验方 法 本 试 验采 用 现 行 标 准 C EC S 1 3 ： 2 0 0 9规 定 的纤 维 混 凝 土早 龄 期 抗 裂性 试 验 方 法 l6 I 。试 件 为 6 0 0 minx 6 0 0 mmx 6 3 mm 的平 面薄板 ，模 具 边框 用 6 3 r n mx 4 0 mm 6 3 mm 的槽 钢 制作 ，边 框 内按 规 定 布设 双排 栓 钉 。模 具 底板 上铺 双层 塑料薄 膜 隔离层 。试 件浇 注 、 振 实 、抹 平后 立 即开 始暴 露 试 验 。试 验 环 境 温 度 、 湿 度 及 电 风 扇 规 格 、风 向 和风 速 均 符 合 相 关 要 求 。 成 型后 2 4 h观测 裂缝 的数量 、宽度 和长度 。 本试验分 两组进行 ，每组 6个试 件 ，分别 对应聚 丙 烯纤维掺量 0、0 3 、0 6、0 9 、1 2 k g m 和 1 5 k g r n 。 2 试验结果及分析 根 据 裂缝 长 度 和 宽度 计 算试 件 裂缝 的 名 义总 面 圜Wa t e r P r w e r V o 1 3 7 N o 9 积 ， 以 未 掺 加 聚 丙 烯 纤 维 的 钢 纤 维 增 强 全 轻 混 凝 土 试 件 裂缝 的名 义 总 面积 为基 准 ，计算 得 到 掺 加 聚丙 烯 纤 维 和钢 纤 维 的混 合 纤维 增 强 全轻 混 凝 土 裂缝 降 低 系数( 见 网 1 ) 。 魑 郇 螽 掌 世 聚丙烯纤维 掺量 k g I 13 - 聚丙烯纤维 掺量 k g m。 图 1 早龄期收缩裂缝 降低 系数的变化 由 图 1可 以 看 出 ，在 掺 加 钢 纤 维 的 同时 ，掺 入 聚 丙 烯 纤 维 可 以 明 显 提 高 全 轻 混 凝 土 的早 期 抗 裂性 ，混 合 纤 维 增 强 全 轻 混 凝 土 的早 期 抗 裂 性 随 着聚 丙烯 纤维 掺 量 的增加 而提 高 。掺 入 0 3 k g m。的 聚 丙 烯 纤 维 就 表 现 出 一 定 的 阻 裂 能 力 ，裂 缝 降 低 系 数 达 到 1 8 ：在 聚 丙 烯 纤 维 掺 量 为 0 9 k g m 时 ， 裂 缝 降 低 系 数 达 到 7 1 4 。 因 此 ，聚 丙 烯 纤 维 在 提 高 全 轻 混 凝 土 早 期 抗 裂 性 方 面 具 有 重 要 作 用 。 这 缘 于 早 龄 期 水 泥 水 化 反 应 过 程 强 烈 而 产 生 较 大 的水 泥 浆体 自收 缩拉 应 力 ，由于 水 分蒸 发 导 致 较大 的 干燥 收缩 拉 应 力 ，而 混 凝 土 的早 龄 期 强度 较 低 ， 当 收 缩 掠 应 力 超 过 混 凝 土 抗 拉 强 度 时 就 会 产 生 微 裂 缝 ，而 聚 丙 烯 纤 维单 丝 短 细 、根 数 多 、呈 三 维 乱 向 分 散 于 颗 粒 较 - 1 、 的 骨 料 与 水 泥 砂 浆 体 内 ， 可 以在 极 大程 度 上 跨越 微 裂 缝 而起 到 分散 裂 缝 形 成 的 应 力集 中和阻滞 、削弱裂缝 继续开展 的有利作 用 ，从 而 降 低 混 凝 土 基 体 内 部 收 缩 裂 缝 和 收 缩 变 形 】 ， 进 一 步 起 到 了 调 整 混 凝 土 基 体 内 部 细 观 结 构 、提 高 基 体 密 实 度 的作 用 。结 合 混 合 纤 维 增 强 全 轻 混 凝 土 试件 的 表 面 裂 缝 分 布 形 态 来 看 ，钢 纤 维 的 阻 裂 和 限 裂 作 用 表 现 得 更 为 宏 观 ， 聚 丙 烯 纤 维 的 阻 裂 和 限裂 作 用表 现 得 更 为细 观 两 者结 合 可 以协 同阻 裂 和 限 裂 ，从 而 使 混 凝 土 裂 缝 由宽 、长 形 态 调 整 为 细 、短 形 态 ，裂 缝 条 数有 所 增 多 。随 着 聚丙 烯 纤 维 掺 量 的增 加 ，单 位 体 积 内 聚丙 烯纤 维 的根 数也 相 应 增 多 ，对 混凝 土基 体 的 细观 阻 裂 和 限裂 作 用也 就 越 显 著 。 掺 加 聚丙 烯 纤 维 能起 到 阻 裂 和 限裂 作 用是 基 于 其 能够 均匀 分 散 于混 凝 土 内 ，但 是 由于聚 丙 烯纤 维 细 软 、易 于弯 曲结 团 ，当掺 量 达 到 一定 值 后 很难 均 匀分散 。本 次试 验表 明 ，当聚丙 烯 纤维 掺量 超 过 0 9 k g m3 之后 随着 聚丙烯 纤 维量 的增 加 ，裂 缝 降低 系 数 增 速 减 缓 ：聚 丙 烯 纤 维 掺 量 从 0 9 k g m 增 加 到 1 2 k z- , , m 时 ，裂 缝 降 低 系数 仅 增 加 1 1 4 ，从 1 2 i 甘 l Y l Y厶， = 习= ： ， 比 r - - 1 玎二 匪眉强王 ， 比 J一干 删 b _衣 1 2 1 2l 田_ r k g m 增 加 到 1 5 k g m 时 ，裂缝 降 低 系 数 仅 增 加 了 3 6 。 另 一 个 潜 在 的 原 因 是 ， 钢 纤 维 和 聚 丙 烯 纤 维 仅 在 最 大 程度 上 发 挥 了其 抵 抗 全 轻 混凝 土 收 缩 开裂 的作 用 ，但 并 术 从 根本 上 改 变 全 轻混 凝 土 的 早 期 收 缩 性 质 因 此 也 就 不 可 能 完 全 消 除 全 轻 混 凝 土 的 早 期 开 裂 综 合 而 言 ，钢纤 维 与 聚 丙烯 纤 维 混 合 ，可 以协 调 发 挥 钢纤 维 弹 性 模 量 高 、长 度 长 、能够 跨 越 粗 骨 料 的优 点 ，限制 宏 观裂 缝 的进 步扩 展 ；同 时 可 以 发 挥 聚 丙 烯 纤 维 弹 性 模 量 低 、 直 径 小 、长 度 短 、数 量 多 、可 以约 束 细颗 粒 骨料 和 砂浆 基体 微 裂 缝 的特 点 ， 形 成 了 钢 纤 维 与 聚 丙 烯 纤 维 协 同 阻 裂 和 限 裂 的 混 杂 效 应 l】 O l 。 3 结论 通 过 试 验 研 究 了混 合 纤 维增 强全 轻 混凝 土 的早 龄 期 抗 裂 性 ，测 试 了 2组 1 2块 约 束 板 试 件 的 早 龄 期 收缩 裂缝 情 况 。主要 探 讨 了聚 丙 烯纤 维 掺 量 对 钢纤 维 增 强 全 轻混 凝 土 早 龄期 抗 裂 性 的影 响 结 合试 验 结 果 分析 了混 合 纤维 增 强 全 轻混 凝 土 早 龄期 抗 裂性 的机 理 ，表 明掺 加 聚 丙烯 纤 维 和 钢纤 维 对 全 轻混 凝 土 的早 龄期 抗裂 性 具有协 同提 高作用 。 混 合 纤 维 增 强 全 轻 混 凝 土 的 早 龄 期 抗 裂 性 随 着 聚丙 烯 纤 维 掺量 的增 加 而 提高 ，在 掺量 为 0 9 k g m， 时 效 果最 佳 ，使混 合 纤 维 增 强全 轻 混 凝 土相 对 于未 掺 聚 丙烯 纤 维 的 钢纤 维 增 强 全轻 混 凝 土 的裂 缝 降低 系 数 达 到 7 1 4 。 在随 后 掺 量 等 同增 加 0 3 k g m 的 情 况下 ，裂 缝 降低 系数增 量 明显 减小 。 混 合 掺 加钢 纤 维 和 聚 丙烯 纤 维 可 以改善 与提 高 全 轻 混 凝 土 的早 龄 期抗 裂 性 但 不能 从 本 质上 消 除 全 轻 混 凝 土 的 早 龄 期 收 缩 变 形 ， 也 就 不 会 从 根 本 上 避 免 裂 缝 的 产 生 。 参考文献 ： 1 李长永 ，钱晓 军 ，赵顺 波 全 轻混凝 土力学 性能试 验研究 J 混凝土 2 0 1 0 ( 5 ) ： 7 9 8 2 2 李 长永 ，陈淮 ，赵顺 波 机制砂 陶粒混凝 土抗压性 能试验研 究 J 广西大学学报 ，2 0 1 0 ，3 5 ( 4 ) ： 6 8 8 6 9 2 3 L i C h a n g y o n g ， Q i a n X i a o j u n ， Z h a o S h u n b o E x p e ri me n t a l s t u d y O i l me c h a n i c a l p e r f o r ma n c e s o f s t e e l fib e r r e i n f o r c e d ma n u f a c t u r e d - s a n d e x p a n d e d - s h a l e c o n c r e t e C 6 t h I n t e r n a t i o n a l S p e c i alt y C o n f e r e n c e o n F i b e r Re i n f o r c e d Ma t e r i a l s ，Ya n t a i ，Ch i n a ，2 3 2 5 Ap ri l ，2 01 0： 2 0 5 -2 1 0 4 L i C h a n g y o n g , C h e n Hu a i ， Z h a o S h u n b o E x p e ri me n t al s t u d y o n f r o s t p e rf o rma n c e o f s t e e l f i b e r r e i n f o r c e d f u l l l i g h t w e i g h t c o n c r e t e C r t h I n t e r n a t i o n al S p e c i alt y C o nfe r e n c e o n F i b e r Re i n f o r c e d Ma t e r i als ， Yan t a i ，C h i n a ，2 3 2 5 Ap ril ， 20 1 0 ：1 9 9 2 0 4 5 P a n L i y u n ，Y u a n H a o ，Z h a o S h u n b o E x p e rim e n t a l s t u d y o n me c h a n i c al p r o p e i e s o f h y b rid fib e r r e i nfo r c e d f u l l l i g h t we i g h t a g g r e g a t e c o n c r e t e J Ad v a n c e d Ma t e r i al s R e s e a r c h ， 2 0 1 1 ( 1 9 7 1 9 8 ) ： 91 1 9 1 4 6 C E C S 1 3 ： 2 0 0 9 纤维混凝土试验方法标准 S f 7 李凤 兰 ，罗俊礼 ，赵顺 波 不 同骨料 高强混 凝土 自收缩 性 能试 验研究 J 港工技术 ，2 0 0 9 ( 1 ) ： 3 5 3 7 8 马一 平 ，仇建 刚 ，王培铭 ，等 聚丙烯纤维 对砂浆 塑性 收缩行 为 的影 响 J 建筑材料学报 ，2 0 0 5，8 ( 5 ) ： 4 9 9 5 0 7 9 单俊 鸿 ，周明凯 ，王 稷 良，等 聚丙 烯纤维 和膨胀剂对 水泥砂 浆 塑性 收缩 开裂性能 的影 响 J 山东建材 ，2 0 0 5 ( 4 ) ： 2 9 3 2 1 O 孙海燕 ，何真 ，龚爱 民 混杂纤维对 混凝 土力学及抗裂性 能的 影响 J 混凝土与水泥制品 ，2 0 0 9 ( 2 ) ： 4 8 5 1 ( 责任编辑常 青) 。- - 。 - - - - - - 。 - - - 。 。 - - - 。 - - - _ - 。 - - - - - - - _ - - - 安徽 绩溪抽 水蓄能 电站接入 电网设计方 案通 过审查 2 0 1 1 年 7月 1 2日，受安徽省 电力公司委托 ，中国电力工程顾问集 团公 司在绩溪召开安徽绩 溪抽水蓄 能电站接入系统设计 报告评审会议 。会议 同意该 电站以 5 0 0 k V 电压等级接人 电网 ，出线两 回，接人到 5 0 0 k V河 沥变。该 设计 方案通过审查有力推 动了项 目可研工作 。 安徽 绩溪抽水 蓄能电站项 目是 2 0 0 9年安徽省 与央企对接 的重点项 目，也是绩溪县历史上最大 的投资项 目。该 电站位于安徽 省绩溪县伏岭镇 ，靠近华东地 区安徽 皖江城市带用 电负荷 中心 ，在华东 电网皖电东送 输电通道上。电站接入系统和受送 电条件 良好 。电站距合肥 市的直线距离 约为 2 4 0 k m，距 南京市 、杭 州市 、上海市 的直线距离分别 约 2 1 0 、1 4 0 k m和 2 8 0 k m 该工程 建成后 主要面 向华东 电网供 电，同时兼顾 安徽 电网。电站建成后可 以充分发挥其调 峰填谷 的双重功效 参与调频 、调相运行和 紧急事故备用 ，对优化华东 电网的电源结 构 ，促进风电 、核 电等清洁能源发展 ；提 高电网调峰能力 ，改善电 网电压水平 、提高 供电质量 、保证 电网的安全稳定运行具有重要作用。 安徽绩溪 抽水蓄能 电站拟装设 6台单机容量 为 3 0万 k W 的发 电机组 ，年 发电量和年抽水电量分别为 3 0 1 5 亿 k W h和 4 0 2 亿 k W h 。受安徽绩 溪抽 水蓄能电站有 限公 司委托 ，华东 电力设计 院对该 电站进行 接入系统设计 。根 据安徽绩溪抽水 蓄能电站 的建设进度 ，6台机组预计 “ 十i五”末期投产 。 ( 蒯圣宇 ) W a t e r P o w e r V o 1 3 7 N o 9 团